UTVÄRDERING AV TRYGGHETSTELEFONERS SIGNALERING VIA GSM

UTVÄRDERING AV TRYGGHETSTELEFONERS SIGNALERING VIA GSM Tel.0921-570 40 info@itnorrbotten.se www.itnorrbotten.

2 (13) Utvärdering av trygghetstelefoners signalering via gsm Rapport för projekt Teknikstudier Digitala Trygghetslarm Utgivningsdatum 2012:01 Utgivningsort Boden Författare Catherine Melby, Anders Sjödin, Rolf Sannebjörk, Marcus Jonsson Upplysningar om innehållet Catherine Melby, catherine.melby@itnorrbotten.se IT Norrbotten AB Skapa företagsby Teknikvägen 3-13 961 50 Boden www.itnorrbotten.se

3 (13) 1 Sammanfattning Detta dokument är en sammanställning av resultaten från tester av fem trygghetstelefoners signalering via GSM. Syftet med studierna har varit att testa om GSM-operatörernas olika talkodare påverkar funktionen hos vanligt förekommande trygghetslarm. Larmlösningarna har testats med två olika varianter av talkodare: Full Rate respektive Half Rate. Testerna har utförts i Telenors testlab i Karlskrona. Testgruppens bedömning och slutsatser utifrån resultaten av testerna: Flertalet av trygghetslarmen, dock inte alla, får problem om Half Rate används i mobiloperatörens nät. Hur stor negativ inverkan Half Rate har på trygghetstelefonens funktion beror bland annat på: 1. Hur ofta som mobiloperatörernas nät försöker initiera Half Rate. 2. Om trygghetstelefonen tillåter Half Rate eller inte. 3. Hur ofta och under hur lång tid mobiloperatörernas nät blir så mycket belastat att ett trygghetslarm inte kopplas upp om trygghetstelefonen är programmerad att endast tillåta Full Rate. För att kunna ge allmänna riktlinjer om hur trygghetslarmen bör programmeras för att minimera problem i teleoperatörernas GSM-nät så krävs mer kunskap om samtliga punkter ovan. Det har under denna begränsade studie exempelvis varit svårt att få en samlad information och statistik om belastningar och tillämpningar av talkodning i operatörernas GSM-nät i Sverige. Rekommendationer avseende fortsatt arbete: Författarna föreslår fortsatta studier och tester i samarbete med mobiloperatörerna, med målet att kunna ge riktlinjer om hur trygghetstelefoner ska ställas in för att undvika problem med operatörernas sätt att tillämpa talkodning i GSM-nätet. Författarna föreslår också en studie med syftet att klargöra framtida förbättringsmöjligheter, som exempelvis att använda GSM:s signaleringskanal, GPRS.

4 (13) 2 Innehåll 1 SAMMANFATTNING... 3 2 INNEHÅLL... 4 3 NY TEKNIK I NYA INFRASTRUKTURER... 5 4 MÅL MED PROGRAMMET... 5 5 SYFTE MED DENNA STUDIE... 5 6 BAKGRUND... 5 7 AVGRÄNSNINGAR... 5 8 DEFINITIONER... 6 9 PROBLEMBESKRIVNING... 7 10 FUNKTIONALITET I MOBILNÄTEN... 7 11 TESTMILJÖ... 8 12 GENOMFÖRDA TESTER... 9 12.1 BEDÖMNING AV TALKVALITET... 9 12.2 FULL RATE... 9 12.3 HALF RATE... 10 12.4 FÖREKOMSTEN AV FULL RATE OCH HALF RATE... 11 13 SLUTSATSER... 11 14 MÖJLIGA ALTERNATIVA LÖSNINGAR... 11 15 FÖRSLAG TILL VIDARE ARBETE... 12 16 KONTAKTER... 12 17 LITTERATUR... 13

5 (13) 3 Ny teknik i nya infrastrukturer Hjälpmedelsinstitutet genomför på uppdrag av regeringen ett program med utvecklings- och informationsinsatser som syftar till att stödja kommunerna i att stärka säkerheten i trygghetslarmtjänsterna i samband med det pågående införandet av digital teknik inom teleområde. I programmet Digitala trygghetslarm Ny teknik i nya infrastrukturer, som genomförs under åren 2010 2013, kommer teknikstudier och försöksverksamhet i 21 kommuner att genomföras. Programmet kommer också att bidra till bildande av en branschorganisation och framtagande av standarder för digital trygghetslarmskommunikation. 4 Mål med programmet Programmets mål är att digital larmhantering ska erbjuda användarna tillfredsställande funktionalitet och säkerhet. Programmet ska bidra till teknikstudier av hur nya digitala trygghetslarm fungerar i en digital infrastruktur, samt hur de fungerar med olika operatörer och utrustningar för elektronisk kommunikation. Denna rapport ingår i teknikstudierna. 5 Syfte med denna studie IT Norrbotten har på uppdrag av Hjälpmedelsinstitutet genomfört tester i testmiljö, med syftet att utvärdera hur olika trygghetstelefoner som kommunicerar via GSM hanterar signaleringen i de mobila näten och hur larmens funktion påverkas. 6 Bakgrund Rapporter från kommuner angav att man hade problem med överföring av larm via GSM. En hypotes som angavs var att de problem som uppstått för trygghetstelefonerna berodde på att de mobila GSM-näten använder olika typer av komprimering av talkanalen, som i sin tur förvanskar trygghetstelefonernas tonbaserade DTMF-signalering som skickas via talkanalen. 7 Avgränsningar Testerna som genomfördes i Telenors testlab avsåg endast att testa hur olika talkodare i GSM påverkade möjligheten att överföra larm. Tester med out-of-band-signalering har inte utförts eftersom detta inte var möjligt att genomföra i Telenors testlab. Tester med signalering via GPRS har inte genomförts. Tester med följande talkodare AMR-FR/AMR-HR och EFR/EHR har inte genomförts.

6 (13) 8 Definitioner AMR DTMF EFR Full Rate GPRS GSM Half Rate In-band-signalering Larmkod Larmtyp MOS-skala Out-of-bandsignalering PSTN STMF Talkodare Trygghetstelefon Adaptive Multi Rate, talkodare som används i GSM med variabel bithastighet. Finns för både Full Rate, förkortas AMR-FR och som Half Rate som förkortas AMR-HR. Dual Tone Multi Frequency, signallering över analoga telefonnätet där två frekvenser tillsammans unikt identifierar en specifik signal, såsom exempelvis en siffra på telefonen. Enhanced Full Rate, talkodare som används i GSM, förkortas som EFR. Finns även som Enhanced Half Rate som förkortas EHR. Talkodare som används i GSM med 13 kbit/s bithastighet och som förkortas FR. General Packet Radio Services teknik för dataöverföring via GSM-nätet. Global System for Mobile communication andra generationens mobiltelefonisystem. Talkodare som används i GSM med 6,5 kbit/s bithastighet och som förkortas HR. Signalering skickas via talkanalen. Exempel på detta är DTMF-signalering. Kod för att identifiera vem som larmat (exempelvis rumsnummer eller ID-nummer). Vilken typ av larm det är, exempelvis brandlarm, trygghetslarm, eller inbrottslarm. Skala för kvalitet på telefoni som tagits fram av det internationella standardiseringsorganet ITU (International Telecommunications Union). Signalering som skickas i en separat signalleringskanal, till skillnad från in-band-signallering som skickas i talkanalen. Public Switched Telephony Network, nät för traditionell fast telefoni. Single Tone Multi Frequency, en variant av DTMF som tagits fram av Tunstall med syfte att skapa en mer robust signallering. GSM är ett digitalt system, så tal som till sin natur är analogt, måste digitaliseras. Det görs i en talkodare. Trygghetslarmstelefonen som är placerad i hemmet.

7 (13) 9 Problembeskrivning Flera trygghetstelefoner använder talkanalen i GSM för att med hjälp av tonvals toner (DTMF) skicka larm typer, bekräftelse på mottaget larm, avsluta en larmsession m.m. Problem kan uppstå då skickad information i talkanalen komprimeras i kommunikationen mellan trygghetstelefon och basstation. Komprimeringen medför att DTMF tonerna kan förvanskas och bli svåra att återskapa och kännas igen på mottagande sida. GSM-näten stödjer olika typer av talkodning mellan och GSM-basstation. Den första talkodaren som standardiserades i GSM heter Full Rate (FR) och använder en bithastighet på 13 kbit/s. Det finns även andra typer av talkodare som används flitigt i GSM så som Half Rate (HR) som använder 5,6 kbit/s, samt Adaptive Multi Rate (AMR) som använder variabel bithastighet beroende på förhållandena. I de fall då exempelvis HR eller AMR används i operatörens nät, kan det bli problem med DTMF signaleringen som skickas via GSM:s talkanal. HR används i mobilnäten då det blir trångt i etern och AMR vid dålig radio signal. Vid vilken belastning som detta sker kan skilja mellan de olika mobiloperatörerna. 10 Funktionalitet i mobilnäten Enligt uppgifter från Telenor, Tele2 och Telia så hanterar de talkodning enligt följande: Normalt så får en enhet Full Rate om det finns ledig kapacitet (ledig tidslucka) hos basstationen, men vid hög belastning kan nätet påbjuda Half Rate. Om nätet är hårt belastat och det bara kvarstår en ledig tidlucka till en enhet som accepterar Half Rate, så kommer en enhet som inte kan hantera Half Rate att blockeras, dvs. samtalet kopplas inte upp. I Telenors nät tvingas inte enheter som tilldelats Full Rate ner till Half Rate, dock kan detta ske vid roaming till ny bastation om den nya är hårt belastad. I både Tele2s och i Telias nät kan enheter som accepterar Half Rate tvingas att ändra till Half Rate från Full Rate om nätet är hårt belastat. I Tele2s nät kommer nästkommande samtal att få Half Rate när 62% av alla tidsluckor är belagda om mobilen accepterar Half Rate. Författarna har efterfrågat statistik från operatörerna om hur vanlig förekommande det är att Half Rate påbjuds, samt hur ofta nätet blir fullt, men inte fått svar. Men man kan tänka sig att det kan inträffa i samband med olika typer av arrangemang, gatufestivaler, marknader, nyårsafton, nationella eller lokala katastrofer etc. då många vill kommunicera samtidigt. Näten är ofta dimensionerade för normala förhållanden.

8 (13) 11 Testmiljö Som en del i att testa trygghetstelefonernas funktion i GSM-nät, har tester gjorts för att kontrollera hur trygghetstelefonens signalering påverkas då talkanalen kodas på olika sätt. Se nedan för en principskiss av testuppställningen: Figur 1 Principskiss av testuppställning I testerna har följande trygghetstelefoner testats: CareTech CareIP Mobile, NEAT NEO GSM, Phoniro CNIOR, STT Condigi Careline GSM, Tunstall Caresse Alert med GSM box. För samtliga testade trygghetslarm, förutom Tunstall Caresse Alert, har Haparanda stads larmottagning använts. Vid testerna av Tunstall Caresse Alert har Tunstalls larmmottagning i Örebro använts. Testerna genomfördes ifrån Telenors labb, där alla utifrån kommande radiosignaler var avskärmade. I labbet användes Telenors testbasstation för kommunikation med trygghetstelefonen. Basstationen var sedan vidare kopplad till Telenors kommersiella GSM-nät.

9 (13) 12 Genomförda tester För var och en av trygghetstelefonerna har ett tiotal larm aktiverats och skickats via GSM-kodningarna FR och HR. Larm som signalerar via talkanalen, dvs. in-band har använts. För varje larm som aktiverats och skickats så kontrollerades det om signaleringen gick fram och om den tolkats korrekt av mottagande sida. Exempel på meddelanden som skickas av trygghetstelefonerna via GSM är: 1 Uppkoppling av tal (motsvarar trycka på siffran 4 på en telefon) 2 Larmkod och larmtyp 3 Nedkoppling (motsvarar trycka på siffran 0 på en telefon) Mottagna och skickade DTMF-meddelanden kontrollerades via loggen i larmcentralen samt direkt i trygghetstelefonerna. Samma tester gjordes med Tunstalls STMF protokoll (Single Tone Multi Frequency). För varje test noteras även om ett samtal kopplas upp. 12.1 Bedömning av talkvalitet God talkvalitet i kommunikationen är mycket viktigt för både användare och larmmottagare, särskilt då en stor andel av användare är äldre med hörselnedsättningar. Dålig talkvalitet kan vara en säkerhetsrisk eller orsaka onödiga hembesök. I samband med varje larm som gått fram där en talkanal framgångsrikt kopplats upp, dvs. inte misslyckats, har en subjektiv gradering av kvaliteten gjorts på en skala från 1-5 i likhet med standardiseringsorganet ITU:s MOS-skala. Talkvalitet Beskrivning 1 Omöjligt att konversera 2 Väldigt störande nästan omöjligt att konversera 3 Störningar 4 Bra 5 Utmärkt 12.2 Full Rate Initialt ställdes Telenors basstation in för att enbart köra Full Rate och 77 stycken larm aktiverades och skickades. Av dessa 77 larm kom två larm inte fram till larmcentralen. Orsaken till dessa två utebliva larmen är okänd. Övriga larm kom fram, men i några fall så sändes larmet om innan larmet kom fram och mottogs av larmcentralen vilket kan bero på att trygghetstelefonen har problem att registrera sig och accepteras av

10 (13) larmmottagningssystemet pga att DTMF-tonerna har korrumperats på vägen. Ljudkvalitén upplevdes många gånger i testerna av trygghetstelefonerna som mindre bra. Larm DTMF STMF Talkvalitet Larm 1 OK - * 3 Larm 2 OK - * 4 Larm 3 OK OK 4 Larm 4 OK - * 2 Larm 5 OK - * 1 * ej möjligt att testa 12.3 Half Rate När tester av Half Rate skulle genomföras så visade det sig att larmen från två av leverantörerna var inställda på att enbart tillåta Full Rate och gick därför inte att testa för Half Rate. Övriga trygghetslarm gick dock att ställa om så att de accepterade Half Rate. Vid kontakt med leverantörerna av trygghetstelefonerna visade det sig att de flesta trygghetstelefoner försökte koppla upp med Full Rate om det var möjligt, eller var inställda på inte tillåta annat än Full Rate. Larm DTMF STMF Talkvalitet Larm 1 Problem - * 2 Larm 2 OK - * 4 Larm 3 Inga larm kom fram OK 4 Larm 4 ** Inga larm kom fram - * - * Larm 5 ** Inga larm kom fram - * - * * Ej möjligt att testa vid testtillfället **Larmen var inställda på att endast acceptera Full Rate. Inga larm gick därför inte att skicka. När vi använde Haparanda stadslarmcentral och kunde följa hela vägen för larmet så är det värt att notera att: Handskakningen mellan larm och larmcentral ibland upprepades flera gånger innan identifieringen och uppkopplingen fullbordades. Problem kunde uppstå vid uppkoppling och nedkoppling av talkanal. Orsaken till ovanstående kan bero på problem med DTMF-signaleringen vid Half Rate.

11 (13) 12.4 Förekomsten av Full Rate och Half Rate I denna studie har talkodarna Full Rate och Half Rate testats. Dessa två talkodare anges av Telenor, Tele2 och Telia vara vanligt förekommande, men att även andra talkodare används så som AMR-FR/AMR-HR och EFR/EHR används. Det har under denna studie inte gått att få statistik över när var och hur dessa talkodare används. 13 Slutsatser Flertalet trygghetstelefonlösningar, dock inte alla, får problem om Half Rate används. Hur stor negativ inverkan detta har på trygghetstelefonens funktion generellt beror på bland annat: 1. Hur ofta som mobiloperatörernas nät försöker initiera Half Rate. 2. Om trygghetstelefonern tillåter Half Rate eller inte. 3. Hur ofta och under hur lång tid mobiloperatörernas nät blir så belastade att ett trygghetslarm inte kopplas upp om trygghetstelefonen är programmerad att endast tillåta Full Rate. Att endast använda talkodaren Full Rate innebär att larm kommer fram och tolkas rätt av larmcentralen i normalfallet, men när GSM-nätet endast har kapacitet kvar för Half Rate kan det innebära att larm blockeras. För att kunna ge allmänna riktlinjer om hur larmen bör ställas in avseende Full Rate/Half Rate för att minimera risken för problem i teleoperatörernas GSM-nät så krävs mer kunskap om samtliga punkter ovan. 14 Möjliga alternativa lösningar Förutom GPRS finns det även separata signaleringskanaler standardiserade inom GSM såsom Fast Associated Control Channel, (FACCH) -signalering, som också används för vissa typer av signaleringsinformation i mobilnäten. Out-of-band-signallering betyder att signalleringen inte går via talkanalen, just till följd av risken för komprimering av denna. För trygghetstelefonernas signallering skulle möjligen out-of-bandsignalering kunna användas. Nackdelen med denna metod är att det kan uppstå problem till följd av att längden på DTMF-tonerna som enligt uppgift ofta återskapas till mellan 100-300 ms jämfört med normala tonlängden på ca 70 ms. Detta kan medföra att uppkopplingen av trygghetslarm kan fallera hos larmcentraler som i många fall inte är anpassade för att hantera så långa toner. Tonlängden styrs av GSMoperatörens MSC (Mobile Switching Center). Tester med out-of-bandsignalering har inte utförts eftersom detta inte var möjligt att genomföra i Telenors testlab. Ett annat alternativ, när digital larmmottagning finns tillgänglig, skulle kunna vara att använda GPRS och att använda IP-protokollet för överföring av larmdata, heartbeat mm. För talkommunikation används som vanligt GSM:s talkanal.

12 (13) 15 Förslag till vidare arbete Författarna föreslår att en studie startas i samarbete med mobiloperatörerna med målet att kunna ge riktlinjer om inställningar av trygghetstelefonerna med avseende på hur Full Rate och Half Rate hanteras. Statistik om hur mobiloperatörernas nät fungerar behövs i syfte att kunna dra väl grundade slutsatser för dessa riktlinjer. Författarna föreslår också att standardiseringsarbete påbörjas i syfte att säkerställa trygghetslarmens funktion i GSM-nätet och GSM-nätets signaleringskanal GPRS. Vidare föreslår vi att utökade tester av trygghetstelefoner via GSM görs för att erhålla djupare kunskap om hur GSM som bärare fungerar tillsammans med olika larmleverantörerers lösningar. 16 Kontakter Anders Sjödin, IT Norrbotten, 0921-570 94 Oskar Jonsson, Programledare, Hjälpmedelsinstitutet, 08-620 23 55 Projektgruppen har även bestått av: Catherine Melby, IT Norrbotten, 0921-570 93 Marcus Jonsson, Absilion AB, 070-666 27 33 Rolf Sannebjörk, Haparanda stad, 0922-152 57

13 (13) 17 Litteratur Nedan ges hänvisning till några relevanta rapporter och riktlinjer inom området. Trygghetslarm - en vägledning, Socialstyrelsen, 2010 Webb: www.socialstyrelsen.se/publikationer2010/2010-11-19 Lag (2003:389) om elektronisk kommunikation, Svensk författningssamling (SFS), 2003 Webb: www.riksdagen.se/webbnav/index.aspx?nid=3911&bet=2003:389 3GPP TS 23.014 V5.1.0 (2002-09)3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Core Network; Support of Dual Tone Multi- Frequency (DTMF) signaling (Release 5) Tonsignalering, Tunstall Group Limited, EP09165408.7, EP2160038, Svensk Patentdatabas, PRV, 2009-07-14 Webb: http://www.prv.se/spd/patent?p1=ivyoskxfd7jx4aypwbiirw%3d%3d&p2 =8c6cl7rxHUA%3D&hits=true&range=10&tab=1&content=tunstall&lang=s v&hitsstart=10&start=10 Methods for subjective determination of transmission quality (MOS-skala) Webb: http://www.itu.int/rec/t-rec-p.800-199608-i/en